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在機(jī)器人舞蹈、倉庫搬運(yùn)，甚至軍事演示中，你是否曾看到這樣一種車：它不需要掉頭轉(zhuǎn)向，就能平穩(wěn)地前進(jìn)、后退、側(cè)移甚至斜著滑行？看起來就像在地板上輕巧“漂移”，令人驚嘆，這些動作的實現(xiàn)，其實靠的是一種特別的輪子——麥克納姆輪。

花式表演的機(jī)器狗（圖片來源：[3]）

傳統(tǒng)輪子的“束縛”

我們?nèi)粘＝佑|最多的輪子，例如汽車、自行車、手推車的車輪，基本上只能前后移動。如果想要改變方向，必須依靠轉(zhuǎn)動方向盤、轉(zhuǎn)動車輪的角度或整個車體的方向。對于交通工具來說，這種方式早已成熟，但一旦遇到狹小空間、復(fù)雜路徑或需要高靈活性的工作場景，傳統(tǒng)輪子的轉(zhuǎn)向方式就顯得笨重而低效。

德國庫卡KMP omniMove移動負(fù)載平臺（圖片來源：[1]）

比如，在倉庫里讓一輛小車進(jìn)入一個狹窄貨架之間取貨，傳統(tǒng)的前后移動和轉(zhuǎn)彎方式就顯得捉襟見肘。此時，能夠“橫著走”的麥克納姆輪車輛，就展現(xiàn)出它的強(qiáng)大優(yōu)勢。

麥克納姆輪的與眾不同之處

麥克納姆輪最與眾不同的地方，在于它的邊緣不是平整的圓，而是嵌有一排排斜著安裝的小滾輪。這些滾輪通常以45度傾斜分布在輪子的周邊，看起來有點像“斜切的刺猬”。這些斜滾子的存在，使得麥克納姆輪在轉(zhuǎn)動時，不僅產(chǎn)生前后方向的力，還會生成左右方向的分力。

麥克納姆輪的三視圖（圖片來源：[2]）

換句話說，每個輪子滾動時，不只是簡單地推動車體前進(jìn)，而是讓力向多個方向分解，從而創(chuàng)造出更復(fù)雜的運(yùn)動組合。當(dāng)車輛配備四個麥克納姆輪時，只需控制每個輪子的轉(zhuǎn)動方向和速度，就能讓整輛車前進(jìn)、后退、側(cè)移，甚至原地旋轉(zhuǎn)、斜向滑行。

以一個麥克納姆輪為例，摩擦力的分解示意圖（圖片來源：[4]）

麥克納姆輪的應(yīng)用

麥克納姆輪并非只是實驗室里的玩具，而是已經(jīng)在多個現(xiàn)實場景中得到了廣泛應(yīng)用。比如在自動化倉儲領(lǐng)域，它被用于貨物搬運(yùn)機(jī)器人，使其能在貨架之間精準(zhǔn)穿梭，大大提升揀貨效率。在醫(yī)療行業(yè)，也有服務(wù)機(jī)器人配備麥克納姆輪，在病房走廊中靈巧移動，減少與人碰撞的風(fēng)險。

（圖片來源：[5]）

在軍事領(lǐng)域，麥克納姆輪被用于一些特種機(jī)器人，比如拆彈機(jī)器人和戰(zhàn)術(shù)偵查車。這些機(jī)器人需要在復(fù)雜或危險的環(huán)境中快速調(diào)整位置，麥克納姆輪的靈活移動能力讓它們?nèi)缁⑻硪?。此外?strong>在影視舞臺和展覽展示中，為了營造道具移動時的“懸浮感”，舞臺機(jī)械也常常借助麥克納姆輪，完成無軌道、安靜流暢的移動。

麥克納姆輪的“短板”有哪些？

盡管麥克納姆輪擁有驚艷的靈活性，但它并不是萬能的。首先，它的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，制造和維護(hù)成本都比普通輪子高。其次，因為每個輪子上裝的是一系列小滾輪，接地面積小，因此對抓地力的要求更高，容易打滑。再者，在不平整或戶外地面上，由于滾輪之間存在間隙，移動過程會不如普通輪子平穩(wěn)，甚至出現(xiàn)抖動、偏移等問題。

麥克納姆輪爆炸圖（圖片來源：[6]）

此外，由于麥克納姆輪的力是斜向傳遞的，部分能量會因為滾輪滑動而損耗掉，導(dǎo)致整體效率低于傳統(tǒng)驅(qū)動車輪。因此，它更適合用于室內(nèi)、地面平滑、對靈活性要求極高的場景，而不是高速行駛或重載運(yùn)輸。

麥克納姆輪和萬向輪有什么區(qū)別？

很多人會把麥克納姆輪和購物車、辦公椅上的萬向輪搞混。兩者確實都能“隨意移動”，但原理完全不同。萬向輪依靠自由旋轉(zhuǎn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過人推拉來被動調(diào)整方向；而麥克納姆輪是主動驅(qū)動的，每個輪子都有電機(jī)控制，可以精準(zhǔn)設(shè)定速度與方向，實現(xiàn)編程控制，智能化程度更高。

行李箱中的萬向輪（圖片來源：[7]）

如果說萬向輪是一個聽從推手指揮的“助手”，那麥克納姆輪就是一個自主思考、靈活應(yīng)對的“舞者”。

麥克納姆輪打破了輪子只能直線滾動的慣例，讓機(jī)器實現(xiàn)了“自由行走”的夢想。雖然它不適用于所有場景，但在那些追求靈活性、自動化、高效率的領(lǐng)域，它無疑是解決問題的絕佳選擇。

去探索和學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)

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[2]https://mp.weixin.qq.com/s/5X3fN0oTH44h3oAtPajKbA

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[8]王鑫磊,張利萍,吳南星,等.車載麥克納姆輪的輥子設(shè)計與分析[J].北京汽車,2025,(02):16-19+46.

[9]郝本利.輪動奇跡會“跳舞”的麥克納姆輪車[J].知識就是力量,2025,(05):66-67.

圖片源自于網(wǎng)絡(luò)和AI創(chuàng)作，僅供科普參考

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